三美国科学家获得2025年诺贝尔物理学奖

2025年10月7日

瑞典皇家科学院决定将2025年诺贝尔物理学奖授予：

约翰·克拉克（John Clarke）  

美国加利福尼亚大学伯克利分校  

米歇尔·H·德沃雷（Michel H. Devoret）  

美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学、  

美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校  

约翰·M·马丁尼斯（John M. Martinis）  

美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校  

以表彰他们“在电路中发现宏观量子力学隧穿效应与能量量子化现象”。

他们的芯片实验揭示了量子物理的实际作用

物理学领域的一个核心问题是：能够展现量子力学效应的系统，其最大尺度究竟可达多少？今年诺贝尔物理学奖得主通过电路实验证明，在尺寸大到可手持的系统中，依然能观测到量子力学隧穿效应与量子化能级。

在量子力学框架下，粒子可通过一种名为“隧穿”的过程直接穿越势垒。但通常情况下，当涉及的粒子数量较多时，量子力学效应会变得微乎其微。而得主们的实验则证实，在宏观尺度下，量子力学特性仍可被清晰观测到。

1984年至1985年间，约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷与约翰·M·马丁尼斯开展了一系列实验。他们构建的电路以超导体为核心组件——这类材料可在无电阻状态下传导电流。在该电路中，超导组件被一层薄薄的非导电材料分隔，形成了一种名为“约瑟夫森结”的结构。通过优化电路各属性并进行精确测量，他们成功实现了对“电流通过电路时所产生现象”的调控与研究。在实验中，超导体中运动的带电粒子群体表现出“仿佛是一个填满整个电路的单一粒子”的特性。

这种具有宏观粒子特性的系统，初始状态为“无电压下的电流流动”。此时系统被“束缚”在该状态中，如同被一道无法逾越的势垒阻挡。而在实验中，该系统展现出了量子特性：通过隧穿效应，它成功“逃离”了零电压状态。系统状态的改变可通过“电压的出现”被检测到。

此外，得主们还证实，该系统的行为完全符合量子力学的预测——即能量具有量子化特征：系统仅能吸收或释放特定数值的能量。

“百年历史的量子力学不断带来新惊喜，能见证这一过程令人振奋。量子力学的价值还体现在其巨大的实用性上，它是所有数字技术的基础。”诺贝尔物理学委员会主席奥勒·埃里克松（Olle Eriksson）表示。

计算机微芯片中的晶体管，正是我们身边已成熟应用的量子技术实例之一。而今年的诺贝尔物理学奖，为下一代量子技术的发展开辟了新可能，包括量子密码学、量子计算机与量子传感器等领域。